CN104701862B - 一种户外柱上式的svg无功补偿装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种户外柱上式的SVG无功补偿装置，所述装置包括电源电路、主电路、辅助电路和控制保护电路；所述主电路的全控器件换流器通过换流器门极驱动控制电路与所述控制保护电路连接；所述主电路的投切开关、全控器件换流器、所述换流器门极驱动控制电路和储能电容设置在设备箱内；所述辅助电路的散热器、进风风机、出风风机和控制保护电路设置在设备箱内；所述设备箱设置在垂直连接两根平行户外立柱顶部的支撑平台上，所述设备箱壳体外顶部通过与设置在其顶部上设有的所述绝缘支架套筒连接的连接线与输电线路连接。该装置结构简单、无污染、能耗低，而且安装方便、通用灵活、运行可靠并且使用寿命长。

Description

一种户外柱上式的SVG无功补偿装置

技术领域：

本发明涉及一种SVG无功补偿装置，更具体涉及一种户外柱上式的SVG无功补偿装置。

背景技术：

SVG无功补偿装置是以半导体功率器件构成的换流器为核心、基于电压源自换相换流器技术的补偿装置；一般采用自励启动方式，启动速度快且冲击电流小，可以从额定感性工况到额定容性工况之间连续输出无功功率，实现连续补偿。SVG具有快速输出无功功率特性，对冲击性负荷具有更好的补偿效果；其输出电流是有源可控的，既可输出近似正弦的无功基波电流，也可输出设定次数的无功和谐波电流。

SVG装置的硬件一般包括主设备、辅助设备和控制保护电路。主设备一般包括投切开关、启动装置(根据需要设置)、连接电抗器、全控器件换流器及其门极驱动控制电路、直流支撑电容器；辅助设备一般包括散热装置、固定装置等；控制保护电路一般包括信号采集电路、无功电流(功率)计算电路、驱动控制电路及状态回检电路；电源包括取能/送能电路和控制电源电路；另外，还有信号传输电路。如附图1所示。投切开关可控制SVG装置接入电网的投切。

连接电抗器抑制换流器连接到电网时的电流突变，实现电流平滑作用及滤除电流中可能存在的高次谐波，还起到将换流器和电网这两个交流电压源连接起来的作用；SVG装置也可不使用连接电抗器而是使用连接变压器，连接变压器可以将电网电压变换为适合功率模块工作的电压，同时实现高压与低压的电气隔离。

启动装置的作用是实现装置的软启动，减小并网冲击。在SVG装置容量较小时，也可以不设置启动装置。

全控器件换流器是SVG的核心部分，用于实现功率的实时传输；目前，全控器件电路大多采用模块化设计，由各个功率单元构成，各功率单元的结构与电气性能完全一致，可以互换。全控器件换流器中一般含有缓冲电路，用以抑制可关断器件的浪涌。缓冲电路的类型和所需要的元件主要取决于功率电路即换流阀的布局结构。直流支撑电容为全控器件换流器提供直流电压支撑。

目前，国内大多数SVG装置多为户内式，由输入开关柜、启动柜、连接电抗器(或连接变压器)柜、功率柜、控制柜、人机接口柜等各个屏柜组成。投切开关放置于输入开关柜中；启动装置可以和投切开关一起放置于输入开关柜中，也可以单独放置于启动柜中，视启动装置的大小而定；连接电抗器或连接变压器可以放置于连接电抗器(或连接变压器)柜，也可以单独放置于户外；全控器件换流器是SVG的核心器件，放置于功率柜中，门极驱动控制电路紧贴相应的全控器件也放置于功率柜中。控制保护电路放置于控制柜中；信号传输电路放置于人机接口柜中。

发明内容：

本发明的目的是提供一种户外柱上式的SVG无功补偿装置，该装置结构简单、无污染、能耗低，而且安装方便、通用灵活、运行可靠并且使用寿命长。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种户外柱上式的SVG无功补偿装置，所述装置包括电源电路、主电路、辅助电路和控制保护电路；所述主电路包括依次连接的投切开关、连接电抗器、启动装置、全控器件换流器和直流支撑电容或依次连接的投切开关、启动装置、连接电抗器、全控器件换流器和直流支撑电容；所述全控器件换流器通过换流器门极驱动控制电路与所述控制保护电路连接；所述辅助电路包括散热器、进风风机、出风风机、绝缘支架套筒和避雷针；所述投切开关、全控器件换流器、所述换流器门极驱动控制电路和储能电容设置在设备箱内；所述散热器、进风风机、出风风机和控制保护电路设置在设备箱内；所述设备箱设置在垂直连接两根平行户外立柱顶部的支撑平台上，所述户外立柱与所述支撑平台下方间设有倾斜支撑杆；所述设备箱壳体外顶部通过与设置在其顶部上设有的所述绝缘支架套筒连接的连接线与输电线路连接。

本发明提供的一种一种户外柱上式的SVG无功补偿装置，所述启动装置和连接电抗器放置于设备箱内或放置于设备箱外；当所述连接电抗器是体积较小，小于设备箱内容积的1/3时，则可放置于设备箱内；当所述连接电抗器是体积较大，大于设备箱内容积的1/3时，则必须放置于所述设备箱外。

本发明提供的一种户外柱上式的SVG无功补偿装置，所述控制保护电路包括信号采集电路、与所述信号传输电路连接的无功电流计算电路、与分别所述无功电流计算电路连接的驱动控制电路和状态回检电路；所述无功电流计算电路与信号传输电路连接，所述信号传输电路为无线发射装置，接收操作人员下达的操作命令；当电力系统发生故障时，通过无线通信方式发送故障信息给设备管理方；所述信号采集电路包括传感元件和数据接收电路；所述传感元件包括电压、电流传感器、用于测量所述SVG无功补偿装置模拟量测量元件、电网中各电气量的模拟量测量元件和反应所述投切开关位置的开关量元件；所述元件均放置在被测电气量旁；所述数据接收电路用于将测到的电气量送至所述无功电流计算电路；所述无功电流计算电路完成的无功电流并通过所述驱动控制电路向所述全控器件的门极驱动控制电路发出命令，所述状态回检电路实时监测全控器件状态。

本发明提供的另一优选的一种户外柱上式的SVG无功补偿装置，所述电源包括取能或送能电路和控制电源电路；所述取能电路从所述直流支撑电容取电，经隔离和滤波处理后送至所述控制电源电路的输入端；或通过所述送能电路由电力系统交流侧经隔离变压器送能的方式提供控制电源；所述控制电源来自于所述取能或送能电路的高电压经过降压、滤波和隔离变换后输出相互隔离的电压，分别供给全控器件的门极驱动控制电路、信号采集电路、驱动控制电路、状态回检电路和信号传输电路使用；所述取能或送能电路为单路配置或采用双路冗余配置方式。

本发明提供的再一优选的一种户外柱上式的SVG无功补偿装置，所述设备箱外壳体顶部固定三只绝缘支架套筒，每只绝缘支架套筒内分别固定A、B、C三相设备出线并通过软连接或排连接分别接到三相被补偿输电线路的各相；穿过所述设备箱壳内的三根进线依次经过连接导线或连接排连接所述设备箱箱体内的依次连接的所述投切开关、连接电抗器、启动装置、所述全控器件换流器和直流支撑电容器或依次连接的所述投切开关、启动装置、连接电抗器、所述全控桥器件换流器和直流支撑电容器。

本发明提供的又一优选的一种户外柱上式的SVG无功补偿装置，所述全控器件换流器包括A、B、C三相全控型器件；所述三相全控型器件按照A、B、C相的从上到下依次均匀排布在所述设备箱箱体的背面；所述三相全控型器件的底面分别通过各自设置的散热器与所述设备箱箱体背部连接；所述直流支撑电容设置在所述全控型器件下方的设备箱底部。

本发明提供的又一优选的一种户外柱上式的SVG无功补偿装置，所述设备箱底部左侧设有进风口向下的进风风机，其右侧设有出风口向下的出风风机，所述进风风机和出风风机的风口处设置有干燥剂；所述风机的风道对着所述全控型器件。

本发明提供的又一优选的一种户外柱上式的SVG无功补偿装置，所述控制电源电路和控制保护电路设置于所述设备箱内底部并避开风道设置，所述控制电源电路设置在所述控制保护电路的的右侧或左侧；所述控制保护电路放置于所述设备箱内底部的屏蔽盒中。

本发明提供的又一优选的一种户外柱上式的SVG无功补偿装置，所述避雷针放置于所述设备箱外壳体顶部并最终引至大地；所述设备箱正面设有一对门把手。

本发明提供的又一优选的一种户外柱上式的SVG无功补偿装置，所述设备箱为不锈钢材料的成套一体结构；各相所述全控型器件的门极驱动控制电路设置在所述全控型器件的上方。

和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果

1、本发明中的所述SVG无功补偿装置适用于380V～10kV、补偿容量在2MVar及以下的系统，其安装方式为户外柱上式，放置于两户外立柱之间的支撑平台上，与常规的安装方式相比，无需建设厂房，占地较少，大大降低投资成本；

2、本发明的所述SVG无功补偿装置的连接电抗器可根据类型及体积大小，选择放置在设备箱内或放置在设备箱外；

3、本发明的所述SVG无功补偿装置安装方便、随用随装、弃用即拆，通用灵活、运行可靠；

4、本发明的所述SVG无功补偿装置的控制保护电路放置于设备箱的屏蔽盒内，减少了全控器件换流器带来的干扰；

5、本发明的所述SVG无功补偿装置直流支撑电容紧靠全控器件放置，利于全控器件的工作稳定；

6、本申请的所述SVG无功补偿装置的取能/送能电路可采用单路配置方式，也可采用双路冗余配置方式，直接从就近的直流支撑电容取电；采用冗余配置方式时能在检测出正在使用的取能/送能电路工作异常时自动切换至另一路，使控制保护电路和全控器件的门极驱动控制电路的供电更加可靠；

7、本申请的所述SVG无功补偿装置的全控器件采用按相均匀排布的布局方式，排列美观，接线方便，便于故障排查和器件更换；

8、本申请的所述SVG无功补偿装置采用进风口向下、出风口向下，且进出风处口附近放置干燥剂的设计方式，有利于设备箱的防潮、防雨、防尘；

9、本申请的所述SVG无功补偿装置采用进、出风风机与散热器相结合的散热方式，有利于克服设备箱空间小、设备多等不利于散热的缺点。

附图说明

图1为本发明SVG无功补偿装置的主电路示意图；

图2为本发明SVG无功补偿装置整体电路示意图；

图3为本发明SVG无功补偿装置主视图；

图4为本发明SVG无功补偿装置侧视图；

图5为本发明SVG无功补偿装置仰视图；

图6为本发明SVG无功补偿装置后视图；

其中1-避雷针，2-投切开关，3-箱门，4-散热器，5-全控器件及其驱动电路，6-直流支撑电容，7-连接电抗器，8-进风口，9-取能或送能电路，10-支撑平台，11-控制保护电路，12-启动装置，13出风口，14测量元件，15-户外支柱，16-A相线路，17-B相线路，18-C相线路，19-绝缘支架套管。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。

实施例1：

如图1-6所示，本例的发明户外柱上式的SVG无功补偿装置包括电源电路、主电路、辅助电路和控制保护电路11；所述主电路包括依次连接的投切开关2、连接电抗器7、启动装置12、全控器件换流器和直流支撑电容6或依次连接的投切开关2、启动装置12、连接电抗器7、全控器件换流器和直流支撑电容6；所述全控器件换流器通过换流器门极驱动控制电路与所述控制保护电路11连接；所述辅助电路包括散热器4、进风风机、出风风机、绝缘支架套筒19和避雷针1；所述投切开关2、全控器件换流器、所述换流器门极驱动控制电路和直流支撑电容6设置在设备箱内；所述散热器4、进风风机、出风风机和控制保护电路11设置在设备箱内；所述设备箱设置在垂直连接两根平行户外立柱15顶部的支撑平台10上，所述户外立柱15与所述支撑平台10下方间设有倾斜支撑杆；所述设备箱壳体外顶部通过与设置在其顶部上设有的所述绝缘支架套筒19连接的连接线与输电线路连接。

所述控制保护电路11包括信号采集电路、与所述信号传输电路连接的无功电流(功率)计算电路、与分别所述无功电流(功率)计算电路连接的驱动控制电路和状态回检电路；所述无功电流(功率)计算电路与信号传输电路连接，所述信号传输电路为无线发射装置，可接收操作人员下达的操作命令，当电力系统发生故障时，通过无线通信方式发送故障信息给设备管理方，完成通信的功能；所述信号采集电路包括传感元件和数据接收电路，实现模拟量信号和开关量信号采集功能；所述传感元件包括电压、电流传感器、用于测量所述SVG无功补偿装置模拟量测量元件14、电网中各电气量的模拟量测量元件14和反应所述投切开关位置的开关量元件；所述元件均放置在被测电气量旁；所述数据接收电路用于将测到的电气量送至所述无功电流(功率)计算电路，放置在无功电流(功率)计算电路旁；所述无功电流(功率)计算电路完成的无功电流并通过所述驱动控制电路向所述全控器件的门极驱动控制电路发出命令，所述状态回检电路实时监测全控器件状态。所述控制保护电路11属于电力系统的弱电控制部分，而所取的输入信号取之于主设备，为保证电力系统工作的稳定，应保证所述信号采集电路能够实现弱电和强电的隔离，如采用光纤隔离方式。

所述电源电路包括取能或送能电路9和控制电源电路；所述取能电路从所述直流支撑电容6取电，经隔离和滤波处理后送至所述控制电源电路11的输入端；或通过所述送能电路由电力系统交流侧经隔离变压器送能的方式提供控制电源；所述控制电源来自于取能或送能电路9的高电压经过降压、滤波和隔离变换后输出相互隔离的电压，分别供给全控器件的门极驱动控制电路、信号采集电路、驱动控制电路、状态回检电路和信号传输电路使用；所述取能或送能电路9为单路配置或采用双路冗余配置方式，既能保证在直流支撑电容6工作正常时控制保护电路供电正常，又能在检测其中一路取能或送能电路故障的情况下无缝切换至另一路，同时通知控制保护电路11该取能或送能电路的故障状态；所述取能或送能电路9靠近能量来源放置。

所述设备箱外壳体顶部固定三只绝缘支架套筒19，每只绝缘支架套筒19内分别固定A、B、C三相设备出线并通过软连接或排连接分别接到三相被补偿输电线路的各相；穿过所述设备箱壳内的三根进线依次经过连接导线或连接排连接所述设备箱箱体内的依次连接的所述投切开关2、连接电抗器7、启动装置12、所述全控器件换流器和直流支撑电容器6，所述连接电抗器7与启动装置12的连接顺序可以互换。

所述全控器件换流器包括A、B、C三相全控型器件；所述三相全控型器件按照A、B、C相的从上到下依次均匀排布在所述设备箱箱体的背面，同相依次由左到右直线设置；所述三相全控型器件的底面分别通过各自设置的散热器4与所述设备箱箱体背部连接；所述直流支撑电容6紧贴设置所述全控型器件在下方。

可以采用载波通信或者GPRS等无线通信方式将SVG信号传输电路与控制小室内的其他设备经过通信链路连接，用于SVG装置数据的实时上送和保护小室内运行人员对SVG设备的直接控制。

所述启动装置12和连接电抗器7可以放置于设备箱内，也可以放置于设备箱外，视体积大小而定。所述连接电抗器7可以是铁芯电抗器，也可以是空心电抗器；如果是体积较小，小于设备箱内容积的1/3时，则可以放置于设备箱内，如果是体积较大，大于设备箱内容积的1/3时，则必须放置于设备箱外，经连接线与全控型器件的输出相连。所述投切开关2可以是交流接触器，也可以是高压真空断路器，选用何种类型需要根据被补偿线路的电压等级、SVG设备容量和设备箱内的空间容量确定，并设置在所述设备箱内顶部。当容量较小或启动时对电网影响不大时，整套SVG户外补偿装置可以不设启动装置12。

所述设备箱底部左侧设有进风口8向下的进风风机，其右侧设有出风口13向下的出风风机，所述进风风机和出风风机的风口处设置有干燥剂，以便在对主电路进行通风散热的同时具备防雨和防潮的功能；所述风机的风道对着所述全控型器件，利于散热。

所述控制电源电路和控制保护电路11设置于所述设备箱内底部，所述控制电源电路设置在所述控制保护电路11的左侧或右侧；为免影响全控器件散热，避开风道放置；所述控制保护电路11放置于所述设备箱的屏蔽盒内，以隔离全控器件产生的干扰，所述取能或送能9设置在控制保护电路11的前面。

所述避雷针1设置于所述设备箱外壳体顶部并最终引至大地，保护SVG设备箱免受雷击；所述设备箱正面设有一对门把手，方便开启设备箱箱门3。

所述设备箱为不锈钢材料的成套一体结构，可为防护等级较高的防雨、防尘、防腐蚀的壳体；所述驱动控制电路用以将控制保护电路11输出的弱电如5V控制信号转换成全控型器件的门极驱动信号如15V；所述全控型器件的门极驱动控制电路设置在所述全控型器件的上方，因此全控型器件要直接和控制保护弱电系统相连，必须利用隔离器件将全控器件和控制保护弱电系统有效隔离，如使用光纤将全控器件的门极驱动控制电路与控制保护电路11连接。

所述信号采集电路的测量元件14要根据所测信号的性质选择合适的传感器，如测量交直流电压量时选用霍尔传感器，仅侧交流量时可以选择电压互感器。被采集的电压、电流信号分别接入数据接收单元的模拟量输入端；被采集的开关量信号如投切开关位置信号接入数据接收单元的开关量输入端；整个控制保护电路集成有GPS功能，使电气量的采集和信号传输电路的传输数据带有时间信息，所述控制保护电路11的最终控制指令经过驱动控制电路的输出器件如继电器和光输出器与所述投切开关和全控器件门极驱动控制电路相连，用于SVG装置故障时及时将投切开关断开，以便装置及时退出运行，或者SVG装置正常运行时用于全控器件输出的实时调整。

本申请提出的户外柱上式SVG无功补偿装置在使用时，将绝大部分主电路和控制保护电路安装于户外设备箱1内。该户外柱上式SVG无功补偿装置的补偿容量在2MVar及以下，可直接接入380V～10kV电压等级的母线，为电网提供快速有源动态无功补偿和谐波滤波，从而对稳定电网电压、抑制母线电压的闪变、补偿不平衡负荷、滤除谐波及提高功率因数等起到积极作用。

最后应该说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种户外柱上式的SVG无功补偿装置，所述装置包括电源电路、主电路、辅助电路和控制保护电路；所述主电路包括依次连接的投切开关、连接电抗器、启动装置、全控器件换流器和直流支撑电容或依次连接的投切开关、启动装置、连接电抗器、全控器件换流器和直流支撑电容；所述全控器件换流器通过全控器件门极驱动控制电路与所述控制保护电路连接；所述辅助电路包括散热器、进风风机、出风风机、绝缘支架套筒和避雷针；其特征在于：所述投切开关、全控器件换流器、所述全控器件门极驱动控制电路和直流支撑电容设置在设备箱内；所述散热器、进风风机、出风风机和控制保护电路设置在设备箱内；所述设备箱设置在垂直连接两根平行户外立柱顶部的支撑平台上，所述户外立柱与所述支撑平台下方间设有倾斜支撑杆；所述设备箱壳体外顶部通过与所述绝缘支架套筒连接的连接线与输电线路连接，所述绝缘支架套筒设置在所述设备箱壳体外顶部；

所述全控器件换流器包括A、B、C三相全控型器件；所述三相全控型器件按照A、B、C相的顺序从上到下依次均匀排布在所述设备箱箱体的背面；所述三相全控型器件的底面分别通过各自设置的散热器与所述设备箱箱体背部连接；所述直流支撑电容设置在所述全控型器件下方的设备箱底部；

所述设备箱底部左侧设有进风口向下的进风风机，其右侧设有出风口向下的出风风机，所述进风风机和出风风机的风口处设置有干燥剂；所述风机的风道对着所述全控型器件；

所述控制保护电路包括信号采集电路、与信号传输电路连接的无功电流计算电路、与所述无功电流计算电路连接的驱动控制电路和状态回检电路；所述无功电流计算电路与信号传输电路连接，所述信号传输电路为无线发射装置，接收操作人员下达的操作命令；当电力系统发生故障时，通过无线通信方式发送故障信息给设备管理方；所述信号采集电路包括传感元件和数据接收电路；所述传感元件包括电压、电流传感器、用于测量所述SVG无功补偿装置模拟量的测量元件、电网中各电气量的模拟量测量元件和反应所述投切开关位置的开关量元件；所述元件均放置在被测主电路设备旁；所述数据接收电路用于将测到的电气量送至所述无功电流计算电路；所述无功电流计算电路用于完成无功电流的运算并通过所述驱动控制电路向所述全控器件门极驱动控制电路发出命令，所述状态回检电路实时监测全控器件状态；

电源电路包括取能或送能电路和控制电源电路；所述取能电路从所述直流支撑电容取电，经隔离和滤波处理后送至所述控制电源电路的输入端；或通过所述送能电路由电力系统交流侧经隔离变压器送能的方式提供控制电源；所述控制电源来自于所述取能或送能电路的高电压经过降压、滤波和隔离变换后输出相互隔离的电压，分别供给全控器件门极驱动控制电路、信号采集电路、驱动控制电路、状态回检电路和信号传输电路使用；所述取能或送能电路为单路配置或采用双路冗余配置方式。

2.如权利要求1所述的一种户外柱上式的SVG无功补偿装置，其特征在于：所述启动装置和连接电抗器放置于设备箱内或放置于设备箱外；当所述连接电抗器体积较小，小于设备箱内容积的1/3时，则放置于设备箱内；当所述连接电抗器体积较大，大于设备箱内容积的1/3时，则必须放置于所述设备箱外。

3.如权利要求1所述的一种户外柱上式的SVG无功补偿装置，其特征在于：所述设备箱外壳体顶部固定三只绝缘支架套筒，每只绝缘支架套筒内分别固定A、B、C三相设备出线并通过软连接或排连接分别接到三相被补偿输电线路的各相；穿过所述设备箱壳内的三根进线依次经过连接导线或连接排连接所述设备箱箱体内的依次连接的所述投切开关、连接电抗器、启动装置、所述全控器件换流器和直流支撑电容器或依次连接的所述投切开关、启动装置、连接电抗器、所述全控桥器件换流器和直流支撑电容器。

4.如权利要求1所述的一种户外柱上式的SVG无功补偿装置，其特征在于：所述控制电源电路和控制保护电路设置于所述设备箱内底部并避开风道设置，所述控制电源电路设置在所述控制保护电路的右侧或左侧；所述控制保护电路放置于所述设备箱内底部的屏蔽盒中。

5.如权利要求1所述的一种户外柱上式的SVG无功补偿装置，其特征在于：所述避雷针放置于所述设备箱外壳体顶部并最终引至大地；所述设备箱正面设有一对门把手。

6.如权利要求4所述的一种户外柱上式的SVG无功补偿装置，其特征在于：所述设备箱为不锈钢材料的成套一体结构；各相所述全控器件门极驱动控制电路设置在所述全控型器件的上方。